講稿-高性能調(diào)速1

1、交流電動(dòng)機(jī)高性能調(diào)速系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)1. 電動(dòng)機(jī)統(tǒng)一控制理論電動(dòng)機(jī)統(tǒng)一控制理論 調(diào)速的任務(wù)是控制轉(zhuǎn)速，關(guān)鍵是轉(zhuǎn)矩控制。轉(zhuǎn)速只能通過(guò)轉(zhuǎn)矩控制，除轉(zhuǎn)矩外無(wú)其它量能影響轉(zhuǎn)速。調(diào)速系統(tǒng) LdTTdtdnGD3752基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)若轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快，是一個(gè)小時(shí)間常數(shù)慣性(圖a)，很容易設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器PI參數(shù)，使轉(zhuǎn)速環(huán)有良好動(dòng)態(tài)性能。若轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢，是一個(gè)振蕩環(huán)節(jié)(圖b)，轉(zhuǎn)速環(huán)動(dòng)態(tài)性能不可能好?；A(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)要控制轉(zhuǎn)矩須知道轉(zhuǎn)矩與什么變量有關(guān)統(tǒng)一轉(zhuǎn)矩公式控制轉(zhuǎn)矩需控制任意二向量幅值及它們夾角。rscrmcscsmrsrsmdFFKFFKFFKT sinsinsin平行四邊形面積平行四邊形面積基礎(chǔ)

2、知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)2. 直流電動(dòng)機(jī)控制直流電動(dòng)機(jī)控制 矢量在空間靜止不動(dòng)，定、轉(zhuǎn)子磁勢(shì)夾角固定，轉(zhuǎn)子磁勢(shì)幅值由勵(lì)磁電流控制，定子磁勢(shì)幅值由電樞電流控制。eamddrsarressiiKTiCFiCF90，基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)3. 交流電動(dòng)機(jī)控制交流電動(dòng)機(jī)控制 交流電機(jī)三個(gè)矢量在空間以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，彼此相對(duì)靜止。標(biāo)量控制和矢量控制 ： 標(biāo)量控制：只控制矢量幅值和旋轉(zhuǎn)速度，不控制角度，動(dòng)態(tài)差。 矢量控制：不僅控制幅值和旋轉(zhuǎn)速度，還控制角度，動(dòng)態(tài)好。 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)V/F控制(標(biāo)量控制) 穩(wěn)態(tài) 磁鏈 Y E/ f 高速 EV Y V/ f 通過(guò)V/ f 比控制Y ( ) 通后轉(zhuǎn)差控制 和 穩(wěn)態(tài)的幅值和角度，

3、從而控制轉(zhuǎn)矩。 轉(zhuǎn)矩增加，轉(zhuǎn)差逐漸加大，磁鏈幅值和角度慢慢加大，響應(yīng)慢且有調(diào)超。cFrFsF基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)V/F控制機(jī)械特性 注意： 低速時(shí)需補(bǔ)償壓降， 轉(zhuǎn)矩提升提高硬度， 弱磁后顛覆轉(zhuǎn)矩平方減小。 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)V/F控制的問(wèn)題： 起動(dòng)電流不好控制 起動(dòng)初期電流有直流分量，阻礙起動(dòng) 磁場(chǎng)建立慢，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小 個(gè)別頻率段空載振蕩 動(dòng)態(tài)性能差基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)矢量控制概念矢量控制概念 既控制磁勢(shì)矢量幅值，又控制夾角。 第1步 選擇基準(zhǔn)矢量，通常是Y Y ( 代表 )， 第2步 用電壓電流瞬時(shí)值，通過(guò)電機(jī)模型計(jì)算Y Y 幅值 及瞬時(shí)空間位置角(交流測(cè)量及計(jì)祘)， 第3步 根據(jù)轉(zhuǎn)矩給定和Y Y 幅值

4、計(jì)算另一矢量(定子電流 矢量 ，代表 )在Y Y上的投影及垂線高(直流 控制量計(jì)算)， 第4步 通過(guò)控制三相定子電流瞬時(shí)值，使實(shí)際定子電 流矢量等于其給定值(交流量控制) 。cFsisF基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí) 矢量控制過(guò)程示意圖 定子電壓電流在靜止坐標(biāo)系上是交流量，在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上是直流量。靜止系和旋轉(zhuǎn)系間的轉(zhuǎn)換需經(jīng)坐標(biāo)變換，基礎(chǔ)是的位置角。基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)4. 坐標(biāo)系及符號(hào)規(guī)定坐標(biāo)系及符號(hào)規(guī)定(1) 坐標(biāo)系 定子坐標(biāo)系(靜止) R-S-T 和 轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系d-q 旋轉(zhuǎn)角頻率r 磁鏈坐標(biāo)系 旋轉(zhuǎn)角頻率s21 (2) 符號(hào)規(guī)定符號(hào)規(guī)定 A. 變量變量上標(biāo)下標(biāo)變量名su1 edi變量名：變量名：i、u、

5、e、Y Y上標(biāo)：繞組名上標(biāo)：繞組名下標(biāo)：坐標(biāo)名下標(biāo)：坐標(biāo)名例如：例如： 表示定子電壓在表示定子電壓在 軸分量軸分量 表示轉(zhuǎn)子電流在表示轉(zhuǎn)子電流在 d 軸分量軸分量1 s r rs s sLB. 矢量矢量(以黑體表示以黑體表示)C. 角速度角速度：同步角速度，比例于定子頻率：同步角速度，比例于定子頻率：轉(zhuǎn)子角速度，比例于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)子角速度，比例于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)差角速度：轉(zhuǎn)差角速度D. 角度角度 磁鏈位置角磁鏈位置角 轉(zhuǎn)子位置角轉(zhuǎn)子位置角 負(fù)載角負(fù)載角E. 參數(shù)參數(shù)參數(shù)名參數(shù)名下標(biāo)下標(biāo)q q q q軸參數(shù)、軸參數(shù)、 漏（抗）、漏（抗）、h h 主（電主（電抗）抗） 下標(biāo)下標(biāo): s: s 定子、

6、定子、r r 轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子、e e 勵(lì)磁、勵(lì)磁、D D 阻尼、阻尼、d d d d軸參數(shù)、軸參數(shù)、例例 Ddhdsxxr、21qd0( 磁鏈軸 )( 轉(zhuǎn)子軸 )( 定子軸 R軸 )sL基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)5. 空間矢量概念空間矢量概念 空間旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)(空間矢量)由三相分磁勢(shì)、三相定子電流生。 三相定子電流由三相電壓、電勢(shì)決定。 電機(jī)旋轉(zhuǎn)通過(guò)上述三相變量來(lái)控制。 需找出三相變量與空間合成矢量的關(guān)系 空間矢量概念。 ()ssiFsjsTjssjsRNeFeFeF120120032()120120032jsTjssjsReieieisi 磁勢(shì)空間矢量磁勢(shì)空間矢量 定子電流空間矢量定子電流空間矢量 ()120

7、120032jTjsjReAeAeAA空間矢量定義空間矢量定義( (數(shù)學(xué)定義數(shù)學(xué)定義) )磁鏈?zhǔn)噶看沛準(zhǔn)噶?；電勢(shì)矢量；電勢(shì)矢量e；電壓矢量電壓矢量u F和和 物理上存在物理上存在i 本身物理上不存在，但代表了物理上存在的磁本身物理上不存在，但代表了物理上存在的磁勢(shì)勢(shì)向量。向量。u，e 物理上不存在，只是運(yùn)算中的符號(hào)，反映三相物理物理上不存在，只是運(yùn)算中的符號(hào)，反映三相物理 量間關(guān)系。量間關(guān)系。 ( (公式和向量圖與電機(jī)學(xué)中相同，含義不同；空間關(guān)系；時(shí)間關(guān)系公式和向量圖與電機(jī)學(xué)中相同，含義不同；空間關(guān)系；時(shí)間關(guān)系) )。同步機(jī)勵(lì)磁電流向量同步機(jī)勵(lì)磁電流向量 定義：定義：方向方向 磁場(chǎng)繞組軸線磁

8、場(chǎng)繞組軸線幅值：幅值：dtdesYssssssedtdiLiRu eseeINNi32 iiiFFFescrs數(shù)學(xué)中空間矢量?jī)煞N表示方法：數(shù)學(xué)中空間矢量?jī)煞N表示方法：直角坐標(biāo)：直角坐標(biāo)：極坐標(biāo)：極坐標(biāo)： YXjAAAXAjAeA eseeINNi326. 坐標(biāo)變換及矢量控制坐標(biāo)變換及矢量控制 (1) 3/2和和2/3變換變換 3/2變換變換RAA ()sRAAA231 AAR()TRSAAA AAAT23213/2變換變換圖圖4-8 3 / 2和和2 / 3變換符號(hào)變換符號(hào)(2) 矢量回轉(zhuǎn)器矢量回轉(zhuǎn)器 已知已知A在在UV坐標(biāo)軸上的分坐標(biāo)軸上的分量和夾角量和夾角 ，求它在，求它在XY坐標(biāo)坐標(biāo)軸上

9、的分量，或反之。軸上的分量，或反之。 UX 圖圖4-13 在在U-V和和X-Y坐標(biāo)系上的矢量坐標(biāo)系上的矢量AUXVUXUXAAA sincosUXVUXUYAAA cossin圖圖4-14 矢量回轉(zhuǎn)器矢量回轉(zhuǎn)器(VD)符號(hào)符號(hào)(3) 矢量分析器矢量分析器VA：知：知A在在XY上分量，求模上分量，求模A和輻角和輻角 XA AAAAAAAYXAXXAYX sincos22圖圖4-15 在在X-Y坐標(biāo)系上的矢量坐標(biāo)系上的矢量A圖圖4-16 矢量分析器矢量分析器(VA)電路電路圖圖4-17 矢量分析器矢量分析器(VA)符號(hào)符號(hào)(4) 數(shù)字系統(tǒng)中的坐標(biāo)變換數(shù)字系統(tǒng)中的坐標(biāo)變換 極坐標(biāo)法極坐標(biāo)法圖圖6-9

10、 在在U-V和和X-Y坐標(biāo)系上的矢量坐標(biāo)系上的矢量A )/arccos()/arccos()/arccos(AAAAAAAAAAAUVUVUUAVU00022時(shí)時(shí)時(shí)時(shí)式中：式中：XAYXAXUXUAXAAAAA sincosVAVD)cos()cos()cos(3232 RATRASRARAAAAAA2/3變換變換異步機(jī)矢量控制系統(tǒng)異步機(jī)矢量控制系統(tǒng)1.異步機(jī)的氣隙磁鏈、定子異步機(jī)的氣隙磁鏈、定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈 氣隙磁鏈 - 互感 定子磁鏈 - 定子全電感rsaiimmLLmLrsrssasiiiimsmsmLLLLL)(smsLLL異步機(jī)矢量控制系統(tǒng)異步機(jī)矢量控制系統(tǒng) 轉(zhuǎn)子磁鏈

11、 - 轉(zhuǎn)子全電感 忽略 項(xiàng)后 - 定轉(zhuǎn)子總漏感 不易測(cè)量，且 ，所以近似認(rèn)為 rmrLLL rsLLLrsrsrariiiirmrmmLLLLL)(msrLLLssssriiLLLLLLLrmrsrm)()()(rLmrLLmrLL ssssriiLLLrs)(異步機(jī)矢量控制系統(tǒng)異步機(jī)矢量控制系統(tǒng)2. 異步機(jī)矢量控制原理異步機(jī)矢量控制原理 選擇 為基準(zhǔn)矢量(按 定向)，按由 三個(gè)矢量組成的四邊形計(jì)算轉(zhuǎn)矩。 轉(zhuǎn)子磁鏈幅值 ( -轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)) 只與 有關(guān)，與 無(wú)關(guān)，實(shí)現(xiàn)解耦-按 定向的原因。rrrrsii,rmLLsmrrriLdtdT1srmidikT2Yrsi1si2rrrrrLT/異步機(jī)矢

12、量控制系統(tǒng)異步機(jī)矢量控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩和磁鏈公式與直流機(jī)類似，通過(guò)控制 和 便可控制轉(zhuǎn)矩和磁鏈。si1si2異步機(jī)矢量控制系統(tǒng)異步機(jī)矢量控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出轉(zhuǎn)矩給定信號(hào)，除磁鏈Y得轉(zhuǎn)矩電流給定 ；根據(jù)磁鏈給定值，計(jì)算磁化電流給定 ，二者為直流量。經(jīng)二個(gè)直流電流調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，輸出直流定子電壓給定 ，經(jīng)極坐標(biāo)VA，算出電壓給定矢量幅值 和幅角 (電壓給定矢量和磁鏈夾角)。電壓給定矢量和軸夾角用 和 經(jīng)極坐標(biāo)2/3變換得三相交流電壓給定 ，送至PWM形成環(huán)節(jié)。 *2si*1si*sU*sU u*2*1,ssuu1.usuu1.TSRsu.*異步機(jī)矢量控制系統(tǒng)異步機(jī)矢量控制系統(tǒng)磁鏈幅值 和位置角 用電機(jī)模型計(jì)算。電壓模型MV 原理 再用極坐標(biāo)VA計(jì)算幅值和位置角。低速時(shí)電勢(shì)值小，MV誤差大，只能用于5以上。問(wèn)題：純積分漂移； 采樣滯后。rsdte)()(dtdiLiruedtedtdiLiruedtesssrrrrsssrrrr異步機(jī)矢量控制系統(tǒng)異步機(jī)矢量控制系統(tǒng)西門(mén)子的MVYYdtedtesssss/21圖圖6-12 數(shù)字系統(tǒng)電壓模型在恒磁時(shí)的仿真結(jié)數(shù)字系統(tǒng)電壓模型在恒磁時(shí)的仿真結(jié)c) 新模型，加新模型，加 補(bǔ)償補(bǔ)償a) 傳統(tǒng)模型；傳統(tǒng)模型；b) 新模型，未加新模型，未加 補(bǔ)償；補(bǔ)償；s s 異步機(jī)矢量控制系統(tǒng)異步機(jī)矢量控制系統(tǒng)異步機(jī)電